Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte Lista de Exercícios para a Terceira Unidade.

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1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte Lista de Exercícios para a Terceira Unidade Disciplina: Informática Básica Professor: Eberton da Silva Marinho Data: 22/03/2019 Data de entrega: Exercícios O computador Uma máquina que recebe e trabalha os dados de maneira a obter um resultado. Para realizar isso ele é programável, ou seja, responde a um grupo de comandos específicos (instruções) de uma maneira bem definida e pode executar uma lista pré-gravada desses comandos. O trabalho realizado pelo computados se chama processamento. Quando se afirma que o computador é programável, isso quer dizer que ele só executa tarefas bem definidas, e cada uma delas corresponde a uma instrução (comando) que sempre é realizada da mesma maneira. A lista de instruções é chamado de programa de computador. Outra definição para computador é: Um sistema integrado, composto por hardware e software. Hardware é a parte física do computador, ou seja, todos os dispositivos ligados a ele. O hardware é composto de dispositivos eletrônicos que fornecem capacidade de computação, dispositivos de interconectividade (por exemplo, switches de rede, dispositivos de telecomunicação) que permitem o fluxo dos dados e dispositivos eletromecânicos (por exemplo, sensores, motores, bombas) que fornecem funções do mundo exterior. Abaixo há a ilustração da arquitetura de um sistema de computação. Memória CPU UNIDADE DE CONTROLE ULA Entrada Saída Unidade central de processamento UCP (CPU Central Processing Unit) É o componente de hardware que executa as instruções declaradas no programa. A CPU possui dois componentes principais. Unidade de controle: responsável pelo controle de fluxo dos dados entre as partes do computador e por sua interpretação (se são dados ou instruções). Unidade lógica e aritmética: responsável pelos cálculos e pela manipulação dos dados

2 Memória Possibilita ao computador armazenar dados e instruções durante o processamento. Podem existir dois tipos de memória. Memória de acesso direto ou memória principal: O armazenamento dos dados e programas é temporário; Dispositivos de armazenamento de Massa: Dispositivos que permitem ao computador armazenar permanentemente grandes quantidades de dados ou programas. Dispositivos de entrada Dispositivos através dos quais os dados e as instruções entram no sistema de computação para o processamento. Traduz essas entradas para um código que a CPU entenda. Dispositivos de saída Faz o processo inverso ao dos dispositivos de saída, ou seja, permitem a visualização dos resultados do processamento dos dados transformando dados computacionais em informação que possamos entender. Software Conjunto de instruções (programa de computador) que quando executadas, produzem o resultado desejado e dados que permitem que os programas manipulem adequadamente a informação. É a parte lógica do computador, aquela com a qual não existe contato físico. Reunindo todas as informações apresentadas: Um computador é um dispositivo que aceita informações e as manipula para obter algum resultado, baseado em um programa ou sequência de instruções de como os dados devem ser processados. Tipos de computador Existem vários tipos de computador, desde os de mão até os que ocupam andares inteiros. Quanto à capacidade de processamento, podem realizar milhões até trilhões de instruções por segundo. Desta forma, qualquer modo escolhido para classificar os computadores pode ser considerado correto, dependendo do ponto de vista. Os computadores podem ser classificados como: Supercomputadores Mainframes Computadores pessoais Notebooks Palmtops Supercomputadores São computadores que atingem velocidades de processamento bem maiores que os computadores convencionais. Além disso, processam enormes quantidades de dados ao mesmo tempo. Para tanto, trabalham com vários, centenas ou milhares de processadores ao mesmo tempo, em paralelo. Utilizam toda a sua capacidade de processamento para executar poucos programas, ou as vezes apenas um, mas em altíssimas velocidades. Normalmente são encontrados em grandes centros de pesquisa, onde são utilizados na previsão do tempo, animação gráfica em tempo real, cálculos de dinâmica dos fluidos, simulações de petróleo, etc. Os supercomputadores são

3 computadores de grande porte normalmente formados por um conjunto de gabinetes interligados, ocupando grandes áreas. Mainframes São computadores de grande porte que me permitem o processamento de grandes quantidades de dados e possuem vários processadores operando ao mesmo tempo. Entretanto, ele difere dos supercomputadores por ser utilizado para processar dados de aplicações de vários usuários ao mesmo tempo, serem mais fáceis de programar e em sua maioria para aplicações comerciais. Hoje em dia, os mainframes também são chamados de servidores. Os servidores possuem velocidades internas de transferência de dados muito altas e o hardware é projetado para detectar e corrigir erros. Microcomputadores Microcomputador ou computador pessoal (Personal Computer - PC) é um computador bem menor em tamanho, de capacidade computacional bem mais reduzida, e de preço bem mais acessível que os anteriormente citados. Esses computadores foram responsáveis pela evolução da computação no dia a dia das pessoas, pois permitem acesso ao processamento de dados em grande velocidade, mesmo o usuário não tendo formação na área de computação. Quase todos os microcomputadores possuem uma aparência semelhante: um gabinete pequeno, no qual se encontram os circuitos mais importantes para o processamento, um monitor de vídeo, um teclado e um mouse. Notebooks ou Laptops São computadores que apresentam capacidade de processamento e funcionamento idênticos aos microcomputadores, mas portáveis, ou seja, eles são menores que os computadores pessoais, mais leves e possuem uma bateria, o que dá autonomia de uso sem energia elétrica, pelo tempo que a bateria durar. Palmtops e Handhelds São computadores pequenos o bastante para serem seguros por uma mão e operados com a outra. Geralmente possuem uma tela de cristal colorida e sensível ao toque como forma de entrada principal. Alguns possuem teclados especiais para essa finalidade. Eles geralmente permitem a inserção de cartões de memória para expandir a sua capacidade de armazenamento. Possuem uma capacidade de processamento menor que as dos notebooks, porém, a cada dia, a quantidade de funcionalidades adicionais que tem sido colocadas nos palms, tem feito com que ele se aproxime mais aos computadores pessoais. Outra tendência é que os palms estão sendo misturados com outros equipamentos, formando híbridos. Um exemplo são os smartphones, que são equipamentos de telefonia móvel com funcionalidades de palms. Arquitetura de computadores Unidade Central de Processamento A UCP (CPU em inglês) é o componente responsável pela manipulação direta ou indireta dos dados. Executa instruções internas de acordo com as instruções externas que recebe dos programas. Entre outros componentes da CPU temos a unidade de controle. A unidade de controle (UC) coordena todas as atividades realizadas pela CPU que sincroniza e ordena as operações a serem realizados pelos outros componentes da CPU. A sincronização é necessária para que os outros componentes do sistema funcionem corretamente.

4 Um pulso do relógio em um computador é a menor unidade de tempo em que o processamento acontece, conhecido como ciclo de relógio (clock). A velocidade de um computador é dada pelo seu relógio e é medida em Hz (hertz ciclos por segundo), que indica a frequência com que os ciclos ocorrem. A UC contém instruções gravadas no seu hardware, chamadas de microcódigo. Esse conjunto de instruções básicas indicam quais operações a CPU é capaz de realizar. Essas operações consistem em: Operações aritméticas Operações lógicas Operações de movimentação de dados (memória CPU) Operações de desvio Operações de entrada e saída As CPUs fabricadas por empresas diferentes, e até mesmo alguns modelos fabricados pela mesma empresa, possuem conjuntos de instruções diferentes. Entretanto, os fabricantes tendem a agrupar as CPUs em famílias com conjuntos de instruções semelhantes. Isso facilita o trabalho dos programadores. Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Quando a UC encontra uma instrução que envolve operações aritméticas ou lógicas, ela passa o controle para a ULA que possui a capacidade de realizar esse tipo de operação. Registradores Para auxiliar a UC e a ULA no processamento de instruções, os registradores são componentes que armazenam dados dentro da CPU. São as memórias mais rápidas para uso da CPU e são usados como locais de armazenamento temporário dos dados. Memória principal Para realizar o processamento, a CPU necessita armazenar dados e instruções. Os registradores conseguem armazenar apenas alguns bytes, e a CPU precisa de milhares, ou mesmo milhões. Para isso a CPU utiliza a memória principal, que é uma área de armazenamento temporário. Os principais objetivos da memória principal são: Manter dados e instruções Armazenar provisoriamente, dados, instruções transferidas de/para dispositivos de entrada e saída; Manter dados e instruções transferidas de/para o armazenamento de massa. Barramento É o caminho físico pelo qual os dados são transferidos entre os componentes do sistema de computação. Pode receber dados de uma única fonte de cada vez. Existem três tipos de barramentos: Barramento de Dados, que transfere dados entre os componentes; Barramento de Endereços, que transfere endereços entre os componentes e Barramento de Controle, que transfere sinais de controle entre os componentes. A partir do tamanho do barramento em bits é possível calcular o tamanho da memória. Por exemplo, em um barramento de 8 bits é possível endereçar 256 posições de memória.

5 Ciclo de Máquina As instruções de máquina não são simplesmente executadas pela CPU. Na verdade, existe um fluxo de operações que leva à execução dessas instruções. Esse fluxo recebe o nome de ciclo de máquina ou ciclo de instrução. O Ciclo é controlado pela Unidade de Controle e o programador não precisa se preocupar com ele. Busca (Fetch): etapa em que é lida uma instrução da memória: Copiar endereço contido no contador de programa para o registro de endereços de memória (REM); Enviar para a memória principal o endereço contido no REM com a indicação de que será realizada uma leitura; Copiar o conteúdo do registrador de dados de memória (RDM) para o registrador de instruções (RI). Os dados indicam as instruções que devem ser realizadas; Atualizar o contador de programas Decodificação: etapa em que a UC interpreta a instrução que deve ser executada. No caso a instrução é comparada com o microcódigo para verificar se é possível de ser realizada. Execução: Etapa em que a instrução é executada (no caso de uma instrução válida). Isso pode ser realizado por meio de: Cálculo de endereço de um operando Busca de operando na memória Seleção de uma operação da ULA Carga de um registrador Escrita de operando na memória Armazenamento: etapa em que o resultado é escrito em um registrador ou na memória principal. Exercícios 1. Defina programa e sua função em um sistema de computação 2. Utilizando suas palavras e os conceitos apresentados neste material, defina computador. 3. Quais os principais componentes de um sistema de computação? 4. Por qual motivo um computador é considerado um sistema de computação de propósito geral? 5. O que significa dizer que um computador é programável?

6 6. Em quais tipos de aplicação os supercomputadores são mais utilizados? 7. Onde os mainframes são utilizados atualmente? 8. Qual a principal diferença entre um supercomputador e um mainframe? 9. Qual a importância dos microcomputadores na historia da computação? 10. O que é um clock no contexto computacional? 11. Qual a diferença entre clock e ciclo de máquina? 12. Com base na figura abaixo, descreva o fluxo de informação desde a entrada até a saída do computador das tarefas de: salvar um arquivo de extensão.doc: calcular o valor de uma expressão numérica e; executar uma música. Memória CPU UNIDADE DE CONTROLE ULA Entrada Saída 13. Por que um sistema de computação necessita utilizar a memória principal? Por que não aumentar o número de registradores? 14. Se um sistema computacional possui um barramento de 16 bits, quantas posições de memória podem ser acessadas por esse sistema?

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